專利名稱：中低速節(jié)能直流電動機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種結構特異的節(jié)能直流電動機，特別是一種中低轉速、大扭矩力的直流電動機，是一種可在工業(yè)、農業(yè)等幾乎所有只需要中低轉速直流電動機的領域中使用的機電設備。
普通的直流電動機的工作原理都是基于電磁力原理，通過定子磁極產生的磁場作用在通電的電樞繞組上的力驅動轉子轉動。這種電動機的結構較為復雜，需要使用大量的電樞繞組，本身較為笨重，如不采用永磁體做定子，則定子和轉子繞組都需要通電以產生電磁力。另外電樞在旋轉過程中要產生反電勢，電樞鐵芯在磁場中旋轉時還要產生鐵耗及其它損耗，因此對轉速要求不高的場合下使用這種普通結構電動機浪費了很多能源。
本發(fā)明的目的是提供一種運轉原理上通過定子磁極對轉子凸極的電磁吸引力使轉子旋轉帶動負載的直流電動機，從而簡化了電動機的結構，本發(fā)明的另一個目的是提供根據該原理設計的一種定、轉子極數比為8∶6(或8∶6的整數倍)的大扭矩力、中低轉速的節(jié)能直流電動機。
本發(fā)明的技術方案是根據磁體對鐵磁性材料具有吸引力的原理，將定子的線圈繞組通以直流電產生磁場，轉子由鐵磁性材料制成，帶有與定子磁極對應的凸極，轉子凸極受到定子磁極的電磁引力驅動產生旋轉。在根據該原理制成的本發(fā)明的直流電動機中，定子磁極數與轉子凸極數采用了8∶6(8∶6的整數倍)的比例，使得總有轉子凸極進入定子磁極下，扭矩力總大于1，并能避免出現牽拉死點。定子磁極分為四組，每個磁極上各繞一組參數和排列結構完全一致的線圈。各組線圈的首尾相連形成回路，各組的相鄰側對應位置連接于一點接直流電源負極，另一側依次接入配電器滑環(huán)電路。配電器滑環(huán)與定子連為一體，所設置的滑環(huán)數＝定子磁極組數(4組)×轉子凸極數。滑環(huán)間的間隔與滑環(huán)寬度基本相等，滑環(huán)間由空環(huán)隔開。每個滑環(huán)對應的圓心角為360°/(2×滑環(huán)數)，滑環(huán)的組數與轉子凸極數相等，每組中各有一個滑環(huán)對應不同的定子磁極組。碳刷彈性地接觸配電器滑環(huán)，并接直流電源正極。碳刷與轉子連成一體一同旋轉，其安裝角度可調。碳刷的寬度是滑環(huán)寬度的2倍，這樣至少有一個滑環(huán)可以與碳刷相接觸，為定子繞組提供電流產生磁場驅動轉子轉動。
下面結合附圖和實施例詳細說明本發(fā)明的節(jié)能直流電動機。


圖1是該直流電動機的原理圖，圖2是電磁扭矩力與碳刷旋轉角度關系曲線，圖3是定子磁極與轉子凸極比為6∶4的電動機處于最小扭矩力時的位置圖，圖4是8磁極電動機配電器滑環(huán)的配置圖，圖5是該直流電動機的剖面圖。
如圖1所示，一種定子磁極1與轉子凸極2的比數為8∶6的直流電動機，圖1中的電動機可以作為本發(fā)明的一個實施例，定子磁極1與轉子凸極2的比數也可以是8∶6的整數倍。轉子凸極2的寬度與定子磁極1的寬度基本相同，定子磁極共分四組，即AA′、BB′、CC′、DD′。每個磁極1上各繞一組參數和排列結構一致的線圈3，每組線圈3組成一閉合回路。四組線圈3相鄰側對應位置接于一點與直流電源負極相連，四組線圈3的另一側分別與該組磁極對應的配電器滑環(huán)4連接，滑環(huán)4的組數與轉子凸極2的極數相等，每組中各有四個滑環(huán)，分別為4.1、4.2、4.3、4.4依次排列，對應四組定子磁極AA′、BB′、CC′、DD′，六組滑環(huán)4依次排列在定子磁極1下形成一圓周?；h(huán)4間的間隔與滑環(huán)4的寬度相同，相隔的角度為7.5°，滑環(huán)4對應的圓心角也是7.5°，各組滑環(huán)中對應同一組定子磁極1的滑環(huán)之間由導線相連?；h(huán)4與定子連為一體，碳刷5與滑環(huán)4彈性地接觸并連接直流電源的正極，碳刷5的寬度為滑環(huán)4的兩倍，對應的圓心角為15°，碳刷5與轉子連接并可與其一起旋轉，其旋轉角度可以調整，其角度調整到當定子磁極1的AA′和轉子的一對凸極完全相對時，碳刷提前2-3°停止向AA′的線圈3供電的位置最佳。
下面根據圖2的扭力曲線說明該電動機的工作過程。當碳刷5從滑環(huán)4.1運轉時開始與滑環(huán)4.2接觸，這時電源通過滑環(huán)4.1和4.2同時向定子AA′、DD′的線圈3供電，AA′和DD′產生磁場吸引轉子凸極2使轉子旋轉，當轉到如圖1的位置，轉子的一對凸極ad正對定子磁極1的AA′時，碳刷5轉過7.5°剛剛脫離滑環(huán)4.1，電源停止向AA′磁極的線圈3供電，AA′磁極不再產生磁場從而停止對凸極ad的牽拉作用，避免出現定子磁極1的AA′與轉子凸極2的ad之間出現牽拉死點。此時直流電源的正極通過碳刷5所接觸的滑環(huán)4向定子磁極1的DD′極的線圈3供電，使DD′極產生磁場吸引轉子凸極2的Cf極，轉子順時針方向旋轉，扭矩力處于最低點(如圖2中的低谷點，由于2-3°的提前角，此時的扭矩力大于1)，只有一組線圈3產生電磁場牽拉轉子旋轉，其余三組磁極1的線圈3處于閑置狀態(tài)。當轉子繼續(xù)轉過7.5°時，碳刷5同時與滑環(huán)4.2和4.3接觸，直流電源同時向定子磁極1的DD′和CC′的線圈3供電產生磁場，此時DD′磁極牽拉轉子凸極2的Cf凸極，CC′磁極牽拉轉子的be凸極，AA′和BB′磁極處于閑置狀態(tài)，不會對轉子的旋轉產生阻礙作用，轉子凸極2再轉過7.5°后達到該電動機設計的最大扭矩力點，此時定子為兩組磁極工作。而其它的電動機，例如定子磁極與轉子凸極比為6∶4的電動機處于圖3所示的位置時AA′極處于死點，CC′極剛開始牽拉轉子凸極，此時電機的扭矩力幾乎為零。故本發(fā)明設計的磁極與轉子凸極比為8∶6的電機比一般直流電機的扭矩力高許多。
按照上述的結構原理，本發(fā)明的電動機可連續(xù)正常運轉。當負載突然增加時迫使轉子減速，由于連接在轉子上的碳刷5也同樣減慢速度，增加了每個定子工作磁極線圈3的通電時間，相當于降低了磁感磁阻，隨即電流加大，隨著定子線圈電流的增加，磁場隨之增加，加強了牽拉轉子凸極的電磁力?？朔撦d阻力后轉速趨于平穩(wěn)。如遇到負載減輕，則轉速加快，減少了磁極線圈3的通電時間，相當于增加定子磁抗，降低了定子線圈3的電流，磁場強度減小，定子磁極1對轉子凸極2的牽拉力減弱，速度降低直至趨于平衡。
如圖4所示，磁極與轉子凸極比數為8∶6的電動機的24個滑環(huán)4均勻地分布在圓周上?；h(huán)4由螺釘6緊固，滑環(huán)4之間由空環(huán)7隔開，空環(huán)7起支撐碳刷5的作用，空環(huán)7與滑環(huán)4之間有斷開槽8，兩者之間相隔約1，5°。
該直流電動機的剖面圖如圖5所示。螺釘9將機殼10與定子磁極1緊固在一起，軸11穿過轉子凸極2的軸線。線圈3繞在定子磁極1上，滑環(huán)4由螺釘6緊固，碳刷5由彈簧12加力與滑環(huán)4接觸。定子磁極1與機殼體10采用相同半徑的圓弧鑲嵌式連接。
本發(fā)明的直流電動機與現有的中低速直流電動機相比，其結構獨特，不采用轉子電樞繞組，節(jié)省材料，扭矩力大，不會產生牽拉死點，與同等扭矩的直流電動機相比節(jié)電達30%左右，節(jié)能效果顯著。另外，它還具有無起動沖擊電流的特點，起動電流即為工作電流，便于調速，制造簡單的特點。
權利要求
1.一種直流電動機，它采用定子磁極(1)的電磁力吸引轉子凸極(2)驅動轉子旋轉，其特征在于定子磁極(1)與轉子凸極(2)的數量比為8∶6或8∶6的整數倍。
2.根據權利要求1所述的直流電動機，其特征在于定子磁極(1)的寬度與轉子凸極(2)的寬度基本相等，定子磁極(1)上繞有線圈(3)，配電器滑環(huán)(4)均勻地排列在定子磁極(1)的圓周下并與定子磁極(1)連成一體，碳刷(5)由彈簧(12)加力彈性地接觸配電器滑環(huán)(4)并與轉子凸極(2)連接成一體。
3.根據權利要求1、2所述的直流電動機，其特征在于各組定子磁極(1)的線圈(3)首尾相連形成回路，其相鄰側對應位置連接于一點接直流電源負極，另一側依次接入配電器滑環(huán)(4)，碳刷(5)接直流電源的正極。
4.根據權利要求1、2、3所述的直流電動機，其特征在于滑環(huán)(4)的數量＝定子磁極的組數(4組)×轉子凸極的數量，將滑環(huán)(4)分成與轉子凸極數量相等的組，各組滑環(huán)(4)中依次排列有對應各定子磁極組的滑環(huán)(4.1、4.2、4.3、4.4)，各組滑環(huán)(4)按順序均勻排列在圓周上，各組滑環(huán)(4)中對應相同定子磁極組的滑環(huán)之間用導線連接。
5.根據權利要求4所述的直流電動機，其特征在于滑環(huán)(4)之間由空環(huán)(7)隔開，滑環(huán)(4)與空環(huán)(7)之間有斷開槽(8)，滑環(huán)(4)之間的間隔與滑環(huán)(4)的寬度大致相等。
6.根據權利要求4所述的直流電動機，其特征在于定子磁極(1)與機殼(10)采用相同半徑的圓弧鑲嵌式連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種結構特異的中低轉速，大扭矩力的節(jié)能直流電動機，該電動機由定子磁極的電磁力吸引轉子凸極驅動轉子旋轉，其中定子磁極與轉子凸極的數量比為8∶6或8∶6的整數倍，定子磁極上繞有線圈，線圈連成回路，相鄰側對應位置連于一點接電源負極，另一側接入滑環(huán)，滑環(huán)均勻地排列在定子磁極下的圓周上與定子連成一體，碳刷與滑環(huán)彈性地接觸，接電源正極，并與轉子連成一體。
文檔編號H02K25/00GK1109651SQ94102588
公開日1995年10月4日 申請日期1994年3月31日 優(yōu)先權日1994年3月31日
發(fā)明者張耀華 申請人:張耀華